Водород из аммиака: новый реактор упростит зеленый переход

За кулисами европейского энергетического перехода исследователи изобретают новые способы хранения и транспортировки водорода. Разработанный ими компактный керамический реактор расщепляет аммиак, отделяет и сжимает водород за один шаг. Этот прорыв может сделать глобальные перевозки экологичнее, быстрее и эффективнее в гонке за нулевыми выбросами.

Чтобы удержать рост глобальной температуры в пределах критического порога в 1,5°C, достижение углеродной нейтральности к 2050 году становится абсолютным императивом. Однако, по предупреждению Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), одной лишь энергоэффективности, электрификации и возобновляемых источников будет недостаточно – вместе они могут обеспечить лишь около 70% необходимого сокращения выбросов. Важную роль в декарбонизации должен сыграть водород, особенно в тех секторах, где другие варианты остаются незрелыми или слишком дорогими. По оценкам IRENA, он «может обеспечить 10% сокращений, необходимых для достижения сценария 1,5°C, и составить 12% от конечного спроса на энергию». Тем не менее прогресс неоднороден: Международное энергетическое агентство (МЭА) недавно понизило свой прогноз производства низкоуглеродного водорода к 2030 году почти на 25%, ссылаясь на отмену проектов, рост затрат и неопределенность в политике.

Главная проблема водорода, несмотря на его огромный энергетический потенциал, – это сложность и дороговизна хранения и транспортировки. «Водород – самая маленькая молекула. Его хранение и транспортировка затруднены из-за низкой объемной плотности энергии: обычно используются очень высокое давление (≈350–700 бар) или очень низкие температуры (≈-253°C)», – объясняет Фарид Ахтар, профессор инженерии материалов в Технологическом университете Лулео в Швеции. Это также вызывает опасения по поводу безопасности и утечек, поскольку водород проникает через многие материалы и легко воспламеняется.

Одним из самых многообещающих решений, особенно для перевозок на дальние расстояния, является преобразование водорода в так называемые носители, например, в аммиак. «Аммиак находится в жидком состоянии при комнатной температуре и давлении, поэтому его легко транспортировать», – говорит Селен Эрнандес Морехудо, руководитель исследований в CoorsTek Membrane Sciences в Осло. Инфраструктура для этого уже существует, поскольку аммиак производится в больших количествах и поставляется по всему миру. По словам профессора Ахтара, необходимо лишь наладить процесс: преобразовать водород в аммиак, доставить его в нужное место, а затем либо использовать напрямую, либо извлечь водород обратно путем расщепления.

Ключевым этапом в этом процессе является «крекинг аммиака» – процесс расщепления его молекулы, состоящей из одного атома азота и трех атомов водорода, на смесь азота и водорода. Однако этот процесс требует тепла и является довольно энергозатратным. По словам Блажа Ликозара из Национального института химии Словении, после крекинга часто требуются дополнительные этапы: очистка, разделение и сжатие водорода. «Каждый из этих этапов происходит в отдельных установках, что влечет за собой потери энергии, требует дополнительных энергозатрат и увеличивает эксплуатационные расходы», – добавляет он.

Интегрировать эти четыре шага в единый процесс – цель европейского проекта SINGLE, координируемого Морехудо. «В процессе, который мы разработали, все четыре этапа выполняются в одном реакторе: мы подаем тепло, преобразуем аммиак, отделяем водород и сжимаем его, – объясняет она. – Объединив процессы, мы можем значительно сократить потери и достичь энергоэффективности около 90%». Сердцем инновации стал протонно-керамический электрохимический реактор. Его внутренняя часть содержит никель – катализатор для расщепления аммиака, а на поверхности мембраны происходит разделение: через нее может пройти только водород, эффективно отделяясь от азота.

С начала 2026 года технология будет тестироваться на демонстрационной установке в Валенсии, Испания, рассчитанной на производство 10 килограммов водорода в день. Однако система спроектирована как модульная и легко масштабируется. «Наш реактор состоит из так называемых стеков, которые можно собирать в практически неограниченном количестве, – говорит Морехудо. – Мы хотим продемонстрировать, что это гибкая технология, адаптируемая для производства значительных объемов водорода». Ставки высоки, ведь для достижения климатических целей к 2050 году мировое производство зеленого водорода должно достичь 523 миллионов тонн в год. «Если Европа выработает четкую стратегию производства водорода из аммиака, то его крекинг, безусловно, станет важнейшей частью пазла зеленого перехода», – заключает Ликозар.